武大&華科大AM：晶粒>2 μ m,調(diào)控晶界實(shí)現(xiàn)高效寬帶隙鈣鈦礦和全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池

串聯(lián)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池被視為鈣鈦礦光伏領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的重要方向。然而，在構(gòu)建高效串聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，寬禁帶鈣鈦礦卻面臨巨大挑戰(zhàn)。特別是那些1.78電子伏特（eV）禁帶的鈣鈦礦，由于溴含量較高（>40%），導(dǎo)致快速結(jié)晶，使得晶界生長(zhǎng)難以控制，進(jìn)而形成的薄膜晶粒尺寸較小且缺陷密度較高。

為了攻克這一難題，武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的方國(guó)家教授、柯維俊教授、王為忠教授，以及華中科技大學(xué)物理學(xué)院凝聚態(tài)物理研究所的傅華華教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)，開(kāi)展了一項(xiàng)創(chuàng)新性研究。他們將KTFB分子巧妙地融入反溶劑中，并采用了一種獨(dú)特的晶向定制策略來(lái)優(yōu)化晶界生長(zhǎng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，KTFB分子能夠自發(fā)地錨定在110取向的寬禁帶鈣鈦礦表面，通過(guò)氫鍵和靜電相互作用，有效地捕獲在退火過(guò)程中可能逃逸的FA+離子。這一創(chuàng)新策略不僅顯著減少了多余鉛鹵化物和晶界缺陷的形成，還極大地提升了鈣鈦礦薄膜及其器件的光電性能。

基于這一突破性方法，研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出單結(jié)寬禁帶鈣鈦礦器件，其光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）高達(dá)20.7%。同時(shí)，他們還成功制備了兩端全鈣鈦礦串聯(lián)器件和四端全鈣鈦礦串聯(lián)器件，其PCE分別達(dá)到28.3%和29.1%，這些效率值均位于當(dāng)前文獻(xiàn)報(bào)道的*高水平之列。此外，這些器件的穩(wěn)定性也得到了顯著提升。

綜上所述，武漢大學(xué)和華中科技大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)創(chuàng)新的晶向定制策略，成功解決了寬禁帶鈣鈦礦薄膜中的晶界生長(zhǎng)問(wèn)題，為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供了全新的視角和思路。他們的研究成果不僅提升了器件的性能和穩(wěn)定性，還為鈣鈦礦光伏技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)信息：

Grains > 2 μm with Regulating Grain Boundaries for Efficient Wide-Bandgap Perovskite and All-Perovskite Tandem Solar Cells

Hongsen Cui, Weiqing Chen, Xiang-Feng Yang, Shun Zhou, Chen Wang, Guoyi Chen, Shengjie Du, Kailian Dong, Shuxin Wang, Hua-Hua Fu, Weizhong Wang, Weijun Ke, Guojia Fang

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202502770

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